低电场高储能密度NBT基弛豫铁电陶瓷结构与性能调控

低电场高储能密度NBT基弛豫铁电陶瓷结构与性能调控

引言：

弛豫铁电材料因其较高的储能密度和优异的电介质性能，在能源存储和传感器应用等领域具有巨大的潜力。在弛豫铁电陶瓷材料中，通过调控材料结构和改变化学成分，可以实现性能的优化和储能密度的提高。本文将以NBT（（1-x)Na(0.5)Bi(0.5)TiO3-xBaTiO3）基弛豫铁电陶瓷为例，介绍了其结构和性能调控的方法与机制。

一、NBT基弛豫铁电陶瓷的结构特点

NBT是一种重要的弛豫铁电陶瓷，具有较高的相变温度和相变硬度，具备优异的电介质性能。其晶体结构为钙钛矿晶体结构，是由钠、铋和钛元素组成的复合氧化物。NBT材料具有复杂的结构相互作用，使其具有良好的弛豫铁电性能。此外，加入不同比例的BaTiO3可以改变NBT材料的结构和性能，进一步提高其储能密度。

二、结构调控方法

1.共烧法合成：通过控制不同元素的摩尔比例，可以获得NBT基弛豫铁电陶瓷材料。共烧法合成具有简单、经济的优点，是制备弛豫铁电材料的常用方法之一。

2.添加掺杂剂：将不同离子掺杂到NBT材料中，可以导致晶格畸变和氧空位的形成，进而影响材料的电荷输运和电介质性能。例如，通过钙（Ca）掺杂，可以提高NBT材料的收缩畸变，增强其弛豫铁电性能。

3.调控烧结工艺：合适的烧结工艺可以改善NBT材料的致密性和结晶度，进而提高其储能密度。常用的烧结工艺有热压烧结法、微波烧结法等，可以实现NBT材料的有效致密化和晶粒生长控制。

三、性能调控方法

1.温度调控：调节压力和温度条件可以改变NBT材料的相组成和结构，从而改变其电介质性能。利用温度敏感的相变特性，可以实现在不同温度下的优化性能。

2.应力调控：应用外加电场或机械应力可以引起NBT材料的相变行为，从而调控其电介质性能。例如，在外加电场的作用下，可以实现NBT材料的极化和去极化控制。

3.化学成分调控：调节BaTiO3和NBT的相对比例，可以改变材料的铁电相变温度和储能密度。合理选择NBT材料的化学成分，可以使其具有更高的储能密度和更优异的电介质性能。

结论：

通过对NBT基弛豫铁电陶瓷的结构和性能调控，可以实现其性能的优化和储能密度的提高。结构调控方法主要包括共烧法合成、掺杂剂的添加和烧结工艺的优化；性能调控方法主要包括温度调控、应力调控和化学成分调控。进一步研究和探索NBT基弛豫铁电陶瓷的调控方法，将为其在能源存储和传感器应用等领域的应用提供新的思路和方法通过对NBT基弛豫铁电陶瓷的结构和性能调控，可以实现其性能的优化和储能密度的提高。结构调控方法主要包括共烧法合成、掺杂剂的添加和烧结工艺的优化；性能调控方法主要包括温度调控、应力调控和化学成分调控。其中，共烧法合成可以提高NBT材料的致密性和晶粒生长控制；掺杂剂的添加可以改变材料的相组成和结构，从而调节其电介质性能；烧结工艺的优化可以实现NBT材料的有效致密化和晶粒生长控制。温度调控可以利用温度敏感的相变特性，实现在不同温度下的优化性能；应力调控可以利用外加电场或机械应力引起材料的相变行为，从而调控其电介质性能；化学成分调控可以通过调节材料的相对